Газы подземной атмосферы и гидросферы.

В осадочных породах содержится 2,14∙10¹⁴ т газов, среди которых преобладает СН₄ (39%), далее следуют CO₂ (27,4%), N₂ (26%), тяжёлые углеводороды (6,4%), H₂ (0,2%) и смесь H₂S и SO₂ (0,3%). В магма­тических породах гранитного слоя заключено 10¹⁵ т газов, главным образом CO₂ (83,8%), далее идут N₂ (11%), H₂ (3%), смесь H₂S и SO₂ (2%) и CH₄ (0,2%).

а) Растворимость газов в воде и нефти, газовые растворы.

Большинство газов в стандартных условиях плохо растворяется в воде, и только полярные газы – CO₂, H₂S, NH₃, HCl, HF растворяются хорошо (сотни, тысячи, десятки тысяч и более см³/л).

С увеличением температуры растворимость большинства газов понижается, с увеличением давления – растёт. Влияние давления су­щественное, поэтому на глубине 2-3 км воды содержат значительно больше газов, чем на земной поверхности. Так, в водах океанов и морей лишь около 13 см³/л N₂ и 3 см³/л О₂. В подземных водах на глубине 1-4 км в среднем содержится 500 см³/л газов.

Углеводороды лучше растворяются в нефти, чем в воде, и мигра­ция газов с нефтью имеет важное геохимическое значение: в местах повышения давления углеводороды растворяются в нефти, а в местах понижения выделяются из неё. Однако в связи с большим масштабом водной миграции с подземными водами мигрирует значительно больше углеводородов, чем с нефтью.

В подземных водах протекают сложные процессы формирования залежей газа и нефти. Местами на платформах глубокие подземные воды предельно насыщены газами, струйная миграция которых приво­дит к их накоплению в ловушках.

Выделение глубинных газов иногда приводит к катастрофическим последствиям. Так, в 1986 году на берегах озера Ниос (Камерун) погибло более 1700 человек в результате выброса со дна озера удуш­ливых газов (в основном CO₂). Придонные слои воды и после катаст­рофы были насыщены CO₂ (30%). Происхождение CO₂ связывают с магматическими процессами.

При растворении в газах жидких и твёрдых веществ, а также и газов образуются газовые растворы. Особенно значительно их образо­вание при высоких давлениях, когда плотность газов сравнима с плотностью жидкости. В сжатых газах механизм растворения принципиаль­но не отличается от растворения в жидкости, здесь также имеет мес­то взаимодействие с молекулами растворителя. При давлениях и температурах, превышающих критические, водяной пар растворяет значительные количества солей, в том числе соединений Zn, W, Cu, Mo идругих рудных элементов.

На больших глубинах в углеводородных газах растворяется мно­го нефти, возникают газоконденсатные залежи. При миграции такого газа к поверхности в результате понижения давления из него выде­ляются жидкие углеводороды.

б) Сорбированные и окклюдированные газы.

Газы, содержащиеся в закрытых порах и кристаллической решёт­ке минералов, называются окклюдированными. Их извлекают с помощью тонкого измельчения пород и вакуумной откачки. Все горные породы содержат и сорбированный газ, количество которого в 1 кг осадоч­ных пород обычно колеблется от десятых долей до нескольких см³ (CO₂, N₂, CH₄). Сорбция зависит от природы сорбента, давле­ния и температуры. Максимальной сорбционной ёмкостью обладают ка­менные угли – при нормальном давлении до n∙10³ см³/кг, а при дав­лении 5∙10⁶ Па на порядок выше. Другие осадочные породы сорбируют не более 600 см³/кг, причём глины сорбируют больше, чем пески и известняки. Органическое вещество увеличивает сорбционную ём­кость осадочных пород. Сорбция газов растёт с их молекулярной массой: у С₃H₈ она в 10 раз больше, чем у CH₄.

 

2.3 Общие закономерности водной миграции